¬аше окно в мир —јѕ–
 
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

21 окт€бр€ 2020

ѕочему принимать решение о внедрении аддитивного производства должен генеральный директор?

ќригинал статьи опубликован в журнале PLM Ёксперт, сент€брь 2020.
 ому выгоден переход на аддитивное производство (јѕ)?  акое подразделение предпри€ти€ должно его осваивать в первую очередь, чтобы выгоду от этого получила вс€ компани€ в целом?


Ёто ключевой вопрос дл€ компании, котора€ рассматривает частичный переход на јѕ и интересуетс€ потенциальными выгодами от него. ѕри неправильном подходе даже в компании, котора€ готова к внедрению аддитивных технологий, оно обречено на провал. Ќеверный выбор направлени€ и технологии может привести к пустой трате средств и полному разочарованию в јѕ.

¬ажно, чтобы генеральный директор обладал знани€ми в области аддитивных технологий и понимал, в каком направлении идет развитие. »менно он, сто€щий над всеми подразделени€ми, должен оценивать, стоит ли делать этот шаг. ¬едь дл€ каждого из отделов и направлений производства преимущества внедрени€ аддитивных технологий будут различными, и заинтересованные подразделени€ не дадут им объективную оценку, так же, как и те, что в них не заинтересованы. ћежду тем сложности перехода к јѕ коснутс€ организации в целом.

Ќесмотр€ на название, јѕ не €вл€етс€ производственной стратегией. —тратегию строит само предпри€тие. ѕоэтому лишь те, кто определ€ет ее, способны предвидеть все возможные выгоды и варианты развити€.

 огда на предпри€тии внедр€ют оборудование с „ѕ”, покупатель и пользователь хорошо знают, какую роль играют станки. Ќо 3D-принтер Ч это не станок. ¬ способе создани€ с нул€ сложной формы, котора€ может объединить то, что в противном случае было бы множеством отдельных компонентов, 3D-принтер Ч это цепочка поставок в одной Ђкоробкеї. ќтсюда следует вывод, что необходимо мыслить нестандартно, чтобы пон€ть, как компани€ может реализовать возможности аддитивных технологий.

ќпыт работы в этой области показывает, что только глубокое вовлечение генерального директора в процесс внедрени€ поможет реализовать јѕ и получить преимущества на предпри€тии в целом.

¬недрение любых технологий требует всесторонней оценки. Ќапример, руководитель известной крупной компании проводил внедрение јѕ в несколько этапов. ¬о-первых, он пригласил конструкторов встретитьс€ с представител€ми Siemens Digital Industries Software, чтобы те смогли пон€ть возможности новой технологии. «атем он организовал встречу с технологами, чтобы обсудить использование новой технологии в их задачах. ¬ обсуждение также вовлекли отдел снабжени€ и логистики, и т. д.

¬о-вторых, руководитель организовал дл€ своих специалистов посещение центра компетенции јћ≈— компании Siemens Digital Industries Software, чтобы те смогли увидеть и оценить различные технологии јѕ и убедитьс€ в том, что компани€ выбрала дл€ себ€ наиболее правильную.

¬ итоге было проведено п€ть различных встреч, посв€щенных пониманию задач јѕ с точки зрени€ п€ти подразделений предпри€ти€.

Ќо даже множество встреч, переговоров с поставщиками 3D-принтеров и программного обеспечени€ не гарантируют результат. Ќачина€ путь к јѕ, компании часто имеют ошибочные представлени€ относительно того, куда этот путь может привести, и не до конца представл€ют, какие выгоды могут быть реализованы. ќни не учитывают приложени€ дл€ јѕ, позвол€ющие реализовать значительную экономию сразу в нескольких област€х.

–уководитель предпри€ти€ должен заранее представл€ть себе общую сумму экономии. ќна складываетс€ из различных компонентов. ћы рассмотрим п€ть основных подразделений, которые подвергаютс€ трансформации и позвол€ют сделать все этапы процесса выгоднее: проектирование, производство, эксплуатаци€, финансы и маркетинг.

ѕроектирование: сокращение затрат без учета производственных ограничений

јддитивное производство позвол€ет проектировать детали с необходимой функциональностью, как в случае со специально разработанным дл€ 3D-печати кронштейном сидень€ General Motors, который показан на рис. 1.

Siemens аддитивное производство

–ис. 1.  ронштейн сидень€ GM

ѕроектирование детали при помощи топологической оптимизации с учетом точек сборки детали и требований к нагрузке позволило получить форму, обладающую на 40% меньшей массой и на 20% большей прочностью, чем оригинальный кронштейн, изготовленный традиционным способом (рис. 2).
Siemens аддитивное производство

–ис. —равнение кронштейнов

ѕри проектировании этого кронштейна было отработано множество вариантов конструкции, что позволило выбрать оптимальное решение (рис. 3).
Siemens аддитивное производство

–ис. 3. ¬арианты конструкции кронштейна сидень€

¬изитна€ карточка јѕ Ч это возможность усложнить конструкцию бесплатно. —амое мощное преимущество јѕ дл€ конструктора Ч это свобода создавать сложные формы: органическую форму, решетчатую форму дл€ экономии веса или материала, форму с тщательно продуманными внутренними переходами или единую сложную форму, котора€ замен€ет то, что при производстве по классической технологии должно быть сборкой.

ќднако аддитивные технологии предоставл€ют не только Ђбесплатную сложностьї, но и свободу проектировани€. »нженеры-конструкторы, использующие Aѕ, могут свободно дорабатывать, настраивать и оптимизировать новый дизайн всеми возможными способами в поисках более дешевого и более эффективного издели€. ƒругие производственные процессы не предлагают такую же гибкость и свободу.

ѕрактически любой инженер-конструктор, кроме тех, кто получил образование совсем недавно, при проектировании работает с огл€дкой на концепцию Ђтехнологичность конструкцииї. ¬озможности производственных процессов всегда накладывали ограничени€, и конструкторы знали и помнили об этом. —ама€ распространенна€ претензи€ производственников к конструкторам Ч несоблюдение этих ограничений. ќднако јѕ разрушает эту систему ограничений и становитс€ первым производственным процессом, устанавливающим минимум рамок, св€занных с геометрией детали.

¬место того чтобы проектировать с технологическими ограничени€ми, јѕ позвол€ет создавать функциональность. Ёто ключевое изменение в подходе к проектированию, которое в производстве еще только пытаютс€ осознать.

Siemens аддитивное производство

–ис. 4.  ронштейн сидень€ GM, cконструированный с использованием генеративного дизайна

ѕриведенный на рис. 4 пример Ч сконструированный с использованием генеративного дизайна кронштейн сидень€ General Motors Ч иллюстрирует, как может сработать это изменение. —ложна€ форма кронштейна была усовершенствована, чтобы уменьшить вес и объединить восемь отдельных компонентов в одну 3D-печатную деталь. —колько итераций понадобилось конструкторам, чтобы добратьс€ до этой почти оптимальной формы? ќни сгенерировали 150 вариантов, остановившись на одном с правильным сочетанием массы и технологичности.

ѕри использовании традиционных технологий такой результат был бы недостижим. „ерез несколько итераций проект пришел бы к точке, где ограничени€ штамповки, механической обработки, сборки или какого-либо другого процесса не позволили бы вносить никаких других изменений. ƒальнейшее усовершенствование формы сделало бы изделие слишком сложным и, как следствие, чрезмерно дорогим. “аким образом, ограничени€ технологий, определ€ющие конструкцию, фиксируют пределы функциональности издели€ и его стоимость.

≈сли инженер-конструктор знает, что деталь будет изготовлена аддитивно, он должен направить усили€ на оптимизацию и совершенствование формы издели€ дл€ экономии материала, минимизации массы и производственных затрат. Ќесколько дней работы конструктора могут принести экономию, котора€ будет сохран€тьс€ в течение всего периода производства. »менно так аддитивные технологии позвол€ют инженеру-конструктору максимально экономить средства компании еще на стадии проектировани€.

ѕроизводство: экономи€ места и времени

јддитивное производство занимает мало места и при этом позвол€ет, установив одну машину, заменить несколько этапов в цепочке поставок. ѕодразделение Siemens Gas & Power серийно изготавливает горелки газовой турбины методом 3D-печати (рис. 5).
Siemens аддитивное производство

–ис. 5. √орелки газовой турбины, изготовленные методом 3D-печати

ѕри внедрении 3D-печати в серийное производство были получены следующие результаты: количество компонентов сборки сократилось с 13 деталей до одной; врем€ изготовлени€ снизилось с 26 недель до трех; масса детали уменьшилась на 22%.

¬ ходе испытаний горелка, изготовленна€ по технологии Aѕ, продемонстрировала функциональность и долговечность, которые значительно превышают параметры издели€, изготовленного по традиционной технологии.

 лассическое производство требует больших производственных площадей. –аньше считалось, что это единственно правильный путь. Ќо почему объем именно производственных площадей настолько велик? ¬ первую очередь потому, что используетс€ много этапов производства. “ак, свои производственные площади нужны дл€ литейного цеха, механической обработки, сборки, производства оснастки и т. д. ¬ итоге вс€ технологическа€ цепочка может охватывать несколько производственных площадок.

ѕри этом дл€ выпуска больших объемов продукции часто требуетс€ размещение производства в удаленных местах. ÷епочка поставок, учитывающа€ объемы, достаточно сложна, поэтому, если весь набор поставщиков способен выполнить поставку в срок, разумно будет использовать эту проверенную систему, позвол€€ ей делать немного больше, чем необходимо, а не пытатьс€ создать такую же сложную систему с оптимизацией в другом месте. ≈сли зарубежный субподр€дчик может выполнить большую часть работы недорого и доставить созданную продукцию поставщику второго уровн€, сделав следующий шаг, то пусть така€ система продолжает работать!

Ќо применение аддитивных технологий позвол€ет значительно сократить производственные площади и количество техпроцессов и, следовательно, устран€ет необходимость расширени€ производства. ќтдельно изготавливаемый компонент не требует литейного производства, ему нужно гораздо меньше механической обработки и, как правило, не требует сборки. ƒругими словами, несколько различных этапов производства выполн€ютс€ внутри одной установки.

Siemens аддитивное производство

–ис. 6. јлюминиевый блок цилиндров, изготовленный по аддитивной технологии

ќборудование дл€ јѕ занимает меньше места, позвол€€ одной машине заменить несколько этапов в производственной цепочке. »нженерно-производственна€ фирма, работающа€ в гоночной индустрии, напечатала алюминиевый блок цилиндров, показанный на рисунке 6. ¬о врем€ испытаний этот блок продемонстрировал функциональность и долговечность, эквивалентные Ђобычномуї блоку, изготовленному отливкой.

Ёкономи€ идет еще дальше. ƒл€ аддитивной технологии не требуетс€ производить и хранить оснастку, а отсутствие каких-либо вложений в специализированные инструменты делает короткие производственные циклы и массовое производство издели€ гораздо более экономичными.

Ќебольшое производство, технологическа€ цепочка, сжата€ практически в одну машину, Ч все это имеет значение и дл€ логистики. ѕотенциально стоимость логистики как компонента производства значительно уменьшаетс€. Ёто также вли€ет и на местоположение производства. ќно больше не должно находитьс€ в местах, которые мы св€зываем с промышленностью сегодн€: процесс, основанный на аддитивных технологи€х, настолько прост, что может быть воспроизведен в любом месте, куда вы сможете доставить электричество и сотрудников.

“аким образом, небольшие производственные площадки могут располагатьс€ р€дом с обслуживаемыми ими рынками, что еще больше снижает стоимость логистики. ≈динственными ресурсами, необходимыми дл€ оснащени€ этих многочисленных распределенных производственных площадок в одной организации, €вл€ютс€ цифровые модели деталей, которые будут создаватьс€ этими небольшими филиалами.

Ёксплуатаци€: јѕ эффективно там, где используетс€

јддитивное производство может помочь избежать технологических операций, которые неизбежно повышают добавленную стоимость издели€. “ак, например, один производитель систем автоматизации переработал пневматический захват, чтобы сделать его более простым и легким, не снижа€ прочности. ѕредыдуща€ конструкци€ захвата включала алюминиевые компоненты, крепеж и трубки Ч всего 21 деталь. ќбъединение этих компонентов и возможность печати на 3D-принтере позволили создать новую конструкцию, состо€щую всего из двух компонентов (рис. 7).

Siemens аддитивное производство

–ис. 7.  омпонент пневматического захвата, отпечатанный на 3D-принтере

—тандартна€ цепочка поставок, соедин€юща€ традиционные этапы, делает сегодн€ довольно сложной работу диспетчера производства Ч управление последовательностью запуска. ќднако внедрение јѕ позволит значительно сократить количество операций и, как следствие, снизить издержки операционных расходов.

ѕри јѕ предварительна€ обработка и постобработка сохран€ютс€, поэтому производство остаетс€ последовательностью р€да шагов. ќднако аддитивна€ технологи€ значительно упрощает фактическую обработку. «аготовка не должна проходить через серию этапов обработки, после чего деталь подвергаетс€ поэтапной сборке. ¬с€ работа выполн€етс€ за одну операцию и в одном месте.

Ёкономи€ может быть разносторонней, и она вы€вл€етс€ в тех област€х, о которых осведомлен только руководитель подразделени€. јѕ требует меньше постобработки, меньше промежуточных техпроцессов и меньше запасов.  роме того, нужно меньше действий дл€ оптимизации, потому что уменьшаетс€ само количество технологических операций (по смыслу это странное предложение Ч зачем нужна оптимизаци€ в принципе?).

≈сли целью бережливого производства €вл€етс€ устранение этапов, не св€занных с добавленной стоимостью, то јѕ потенциально позвол€ет достичь экономии более эффективно, чем перестройка предпри€ти€ без изменени€ этапов производства. » если модернизаци€ производства направлена на объединение этапов изготовлени€ и сборки компонентов дл€ издели€ в одном пространстве, то јѕ поможет достичь этой цели более эффективно, чем любой другой метод.

Ёкономика: целесообразность при небольших объемах производства

Ѕюджетна€ составл€юща€ традиционного производства Ч это амортизаци€. ѕрактически любой запуск нового издели€ требует значительных первоначальных затрат. ƒопустим, необходима технологическа€ оснастка Ч пресс-формы или штампы. »х весьма высока€ стоимость окупаетс€ лишь в том случае, если объем производства достаточно большой, чтобы амортизировать первоначальные затраты. Ќапример, стоимость пресс-формы дл€ переднего бампера автомобил€ может превышать миллион долларов.

“радиционное производство требует больших капиталовложений, поскольку существующие станки, как правило, должны быть дополнены новыми инструментами, которые €вл€ютс€ специализированными дл€ данной работы. Ќо при јѕ существующих станков достаточно, чтобы начать работу над совершенно новым производством без какого-либо специального оснащени€ и дополнительного капиталовложени€.

¬ результате производство в гораздо меньших объемах становитс€ экономически эффективным. Ёто преимущество особенно ценно при запуске нового продукта. Ќизка€ капиталоемкость јѕ означает, что продукт, изготовленный таким образом, может быть запущен с большей выгодой при меньшей партии и с меньшими начальными продажами. ѕредставьте себе запуск такого продукта, как автомобиль. ѕри обычном производстве, возможно, потребуетс€ миллион автомобилей в год дл€ покрыти€ расходов. ѕри јѕ и отсутствии первоначальных затрат сопоставимое количество может составл€ть около 20 000 штук.

ѕри этом оснастка Ч не единственна€ причина экономии. ƒругие ее источники включают в себ€ сокращение производственных площадей из-за объединени€ операций, о котором говорилось выше, а также сокращение незавершенного производства и сокращение запасов, поскольку по€вл€етс€ возможность эффективно производить небольшие партии вместо больших. Ёто распростран€етс€ и на запасные части, так как аддитивные технологии позвол€ют легко производить эти детали по мере необходимости.

Ћегко показать это на примере запуска автономного автомобил€. «атраты на јѕ легче всего окупить, когда есть новый продукт, дл€ которого не существует никаких предыдущих производственных инвестиций. ¬ случае с уже имеющимс€ продуктом происходит перепрофилирование производства под аддитивные технологии, затраты добавл€ютс€ к уже существующим, что значительно усложн€ет обоснование внедрени€ јѕ на предпри€тии. ѕоэтому наиболее эффективное внедрение аддитивных технологий происходит на производстве новых изделий: это, например, передовые автономные решени€ в автомобильной промышленности, частные компании в аэрокосмической отрасли и производство специальных имплантов в медицине.

¬сегда, когда изделие €вл€етс€ настолько новым дл€ изготовител€, что не существует предпри€ти€ или производственной линии дл€ его производства, это открывает возможность с самого начала эффективно внедрить аддитивные технологии.

ћаркетинг: экологи€ как часть јѕ

јддитивное производство €вл€етс€ неотъемлемой частью подхода к производству с низким уровнем выбросов углекислого газа, обеспечивающим экологические выгоды. »сследование Airbus, в котором сравнивались шарнирные кронштейны гондол самолетов из литой стали с оптимизированной по топологии 3D-конструкцией (рис. 8), напечатанной из титана, измер€ли различи€ в использовании ресурсов и воздействи€ на окружающую среду. ¬ы€снилось, что дл€ изготовлени€ Ђаддитивнойї детали требуетс€ на 75% меньше материала, а ее более легкий вес приводит к сокращению выбросов углекислого газа на 40% в течение срока службы детали.

Ёта часть выгоды от внедрени€ јѕ может показатьс€ незначительной. Ќо дл€ публичной компании это действительно значимое преимущество. ѕроизводство, которое бережно относитс€ к природной среде и потребл€емым ресурсам в соответствии с за€вленными принципами компании, €вл€етс€ еще одной областью положительного вли€ни€ Aѕ, котора€ вполне соизмерима с другими област€ми экономии.

јѕ по своей сути €вл€етс€ подходом к производству с низким уровнем выбросов углекислого газа. Ќе только потому, что несколько традиционных производственных операций объедин€ютс€ в одну, но и благодар€ сокращению транспортных расходов: если больше нет отдельных производственных площадок, то нет и необходимости перемещать заготовки и детали между ними.

Siemens аддитивное производство

–ис. 8. Ўарнирный кронштейн гондолы самолета Airbus, напечатанный из титана

“о, что јѕ Ч это процесс с низким энергопотреблением, на первый взгл€д может показатьс€ сомнительным. ¬ конце концов, состо€ние металла мен€етс€ от порошка к расплаву, и происходит переход в твердую фазу. Ќо единична€ энерги€, необходима€ дл€ послойного аддитивного процесса, включа€ плавление, меньше, чем единична€ энерги€, необходима€ дл€ механического резани€.   этому добавл€етс€ вс€ экономи€ энергии на этапах производства, которые больше не нужно выполн€ть.

Ѕлагодар€ свободе проектировани€ јѕ также отличаетс€ меньшим расходом материала. — самого начала продукт проектируетс€ с учетом этого параметра, а оптимальна€ форма разработанной детали означает, что меньше материала тер€етс€ при окончательной обработке.

ѕроизводственный процесс, основанный на јѕ, позвол€ет конструкторам компании создавать издели€, которые легче, энергоэффективнее и ресурсоэффективнее, чем когда-либо прежде. Ѕолее экологичным становитс€ не только само производство, но и созданные издели€. “аким образом, јѕ помогает компани€м и даже потребител€м продуктов этих компаний жить в соответствии со своими собственными ценност€ми в области экологии.


„итайте также:


¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

-->

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: ¬рем€ покупать —јѕ–-компании
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2020 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.